一种瓦斯浓度自动检测系统及其检测方法与流程

本发明涉及瓦斯检测技术领域，尤其是一种瓦斯浓度自动检测系统及其检测方法。

背景技术：

在煤矿井巷中，瓦斯浓度达到5～16%就会发生爆炸，引起煤矿爆炸事故，国家安监总局公布的事故中瓦斯爆炸是煤矿事故的主要来源。瓦斯检测主要分为燃烧式和红外光谱式两种，光谱法检测瓦斯准确度高，但仪器设备体积较大，成本较高，实际应用中受限条件较多。燃烧式检测瓦斯设备虽然结构简单，但是检测精度较差。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种瓦斯浓度自动检测系统及其检测方法，能够解决现有技术的不足，提高了燃烧法检测瓦斯的精确度。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种瓦斯浓度自动检测系统，包括，

气体采样模块，用于对检测环境中的气体进行采样；

加热检测模块，用于对气体样本进行加热检测，采集测量元件的温度；

控制模块，通过对测量元件温度的计算，计算出瓦斯浓度；

通讯模块，根据控制模块的计算结果进行报警信号的输出。

作为优选，所述加热检测模块包括加热腔室，加热腔室内设置有两个加热板，加热腔室顶部设置有进气口，加热腔室底部设置有出气口，进气口底部设置有环形挡片，环形挡片内侧设置有导流叶片，导流叶片与环形挡片的轴线夹角为16°，导流叶片的外侧设置有副叶片，副叶片位于环形挡片的下面，导流叶片的内侧设置有缺口，缺口的迎风侧设置有斜切面，环形挡片上均匀设置有若干个通孔；加热板表面设置有齿形部，加热板内部设置有加热丝，齿形部顶面设置有金属丝网层，齿形部底部设置有温度传感器。

作为优选，所述加热板内部设置有空腔，空腔底部设置有隔热支架，加热丝安装在隔热支架上，加热丝与空腔的顶部之间设置有导热金属条，导热金属条与空腔的接触面设置有导流槽，导流槽下方设置有翅片，空腔的底面设置有反射层。

作为优选，所述接收模块，用于接收控制模块发出的控制信号；

调制模块，用于将接收到的控制信号进行处理加载到载波上；

降噪模块，用于对传输信号中的干扰进行过滤；

解调模块，用于将已调信号中恢复出原信号。

作为优选，所述降噪模块的输入端通过串联的第一电阻、第一电容和第二电容连接至第一运放的正相输入端，第一电阻和第一电容之间通过第三电容接地，第一电阻和第一电容之间通过第二电阻连接至三极管的基极，三极管的集电极连接至第一电容和第二电容之间，三极管的发射极通过第三电阻连接至第一运放的输出端，第一运放的输出端连接至降噪模块的输出端，第一运放的正相输入端通过第四电阻接地，第一运放的正相输入通过第五电阻连接至第一运放的输出端，第一运放的反相输入端通过第六电阻接地，第一运放的反相输入端通过第七电阻连接至第一运放的输出端。

一种上述的瓦斯浓度自动检测系统的检测方法，包括以下步骤：

A、在测量元件上涂覆氧化钯，使用气体采样模块向加热检测模块内注入测量气体样本，对测量元件进行加热；

B、控制模块将同一时间收到的温度数据按照不同检测位置进行排布，形成三维温度分布图；

C、使用三维温度分布图得出有效温度点；有效温度点的T/L为最大值，T为有效温度点的温度，L为有效温度点与其它温度点之间的距离之和；

D、使用每个有效温度点按照时间顺序形成温度时间曲线，通过涂覆有氧化钯的测量元件上的温度变化，计算样品气体中的瓦斯浓度。

采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明通过设置控制模块对检测数据进行分析处理，然后通过通讯模块进行传输，提高了对于瓦斯浓度检测的精度以及传输过程的干扰抑制能力。加热腔室的结构可以提高气体在加热腔室内的分散均匀度，加热板表面的齿形结构可以有效保护催化剂，其内部的加热结构能够提供高均匀度的热量传输通道，从而提高催化剂与瓦斯发生催化反应时的升温均匀度。数据通讯使用载波通讯的方式，可以降低传输数据的噪声，提高传输通道的传输效率。降噪模块可以利用其对于噪声频率的反馈抑制，起到降噪的作用。控制模块通过对于测量元件上氧化钯发生催化反应时各个测温点，然后通过对于温度的优化计算，得到一个精确的瓦斯浓度结果。

附图说明

图1是本发明一个具体实施方式的结构图。

图2是本发明一个具体实施方式中加热腔室的结构图。

图3是本发明一个具体实施方式中加热腔室出风口的结构图。

图4是本发明一个具体实施方式中加热板的结构图。

图5是本发明一个具体实施方式中降噪模块的结构图。

具体实施方式

本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。

参照图1-5，本发明一个具体实施方式包括气体采样模块1，用于对检测环境中的气体进行采样；加热检测模块2，用于对气体样本进行加热检测，采集测量元件的温度；控制模块3，通过对测量元件温度的计算，计算出瓦斯浓度；通讯模块4，根据控制模块3的计算结果进行报警信号的输出。加热检测模块2包括加热腔室201，加热腔室201内设置有两个加热板202，加热腔室201顶部设置有进气口204，加热腔室201底部设置有出气口205，进气口204底部设置有环形挡片219，环形挡片219内侧设置有导流叶片206，导流叶片206与环形挡片219的轴线夹角为16°，导流叶片206的外侧设置有副叶片207，副叶片207位于环形挡片219的下面，导流叶片206的内侧设置有缺口208，缺口208的迎风侧设置有斜切面209，环形挡片219上均匀设置有若干个通孔203；加热板202表面设置有齿形部210，加热板202内部设置有加热丝211，齿形部210顶面设置有金属丝网层212，齿形部210底部设置有温度传感器213。加热板202内部设置有空腔214，空腔214底部设置有隔热支架215，加热丝211安装在隔热支架215上，加热丝211与空腔214的顶部之间设置有导热金属条215，导热金属条215与空腔214的接触面设置有导流槽216，导流槽216下方设置有翅片217，空腔214的底面设置有反射层218。通讯模块4包括,接收模块41，用于接收控制模块3发出的控制信号；调制模块42，用于将接收到的控制信号进行处理加载到载波上；降噪模块43，用于对传输信号中的干扰进行过滤；解调模块44，用于将已调信号中恢复出原信号。

所述降噪模块43的输入端IN通过串联的第一电阻R1、第一电容C1和第二电容C2连接至第一运放A1的正相输入端，第一电阻R1和第一电容C1之间通过第三电容C3接地，第一电阻R1和第一电容C1之间通过第二电阻R2连接至三极管Q的基极，三极管Q的集电极连接至第一电容C1和第二电容C2之间，三极管Q的发射极通过第三电阻R3连接至第一运放A1的输出端OUT，第一运放A1的输出端连接至降噪模块43的输出端，第一运放A1的正相输入端通过第四电阻R4接地，第一运放A1的正相输入通过第五电阻R5连接至第一运放A1的输出端，第一运放A1的反相输入端通过第六电阻R6接地，第一运放A1的反相输入端通过第七电阻R7连接至第一运放A1的输出端。

第一电阻R1和第一电容C1之间通过第八电阻R8连接至第二运放A2的正相输入端，第二运放A2的正相输入端通过第四电容C4接地，第二运放A2的反相输入端通过第九电阻R9连接至第二运放A2的输出端，第二运放A2的反相输入端通过第十电阻R10连接至第一运放A1的输出端，第二运放A2的输出端连接至第一运放A1的反相输入端。

其中，第一电阻R1为5.5kΩ、第二电阻R2为12 kΩ、第三电阻R3为3.5 kΩ、第四电阻R4为10 kΩ、第五电阻R5为5.5 kΩ、第六电阻R6为8.5 kΩ、第七电阻R7为15 kΩ、第八电阻R8为6.5 kΩ、第九电阻R9为1.5 kΩ、第十电阻R10为7 kΩ。第一电容C1为320μF、第二电容C2为500μF、第三电容C3为450μF、第四电容C4为660μF。

一种上述的瓦斯浓度自动检测系统的检测方法，包括以下步骤：

A、在测量元件上涂覆氧化钯，使用气体采样模块1向加热检测模块2内注入测量气体样本，对测量元件进行加热；

B、控制模块3将同一时间收到的温度数据按照不同检测位置进行排布，形成三维温度分布图；

C、使用三维温度分布图得出有效温度点；有效温度点的T/L为最大值，T为有效温度点的温度，L为有效温度点与其它温度点之间的距离之和；

D、使用每个有效温度点按照时间顺序形成温度时间曲线，通过涂覆有氧化钯的测量元件上的温度变化，计算样品气体中的瓦斯浓度。

控制模块3对温度时间曲线进行平滑处理，处理后的曲线方程的最高次数不超过5次。在处理后的曲线上选取若干个曲线段，曲线段的选取标准为：曲线段上各点的切线之间的夹角均小于10°，且曲线段跨越的时长不超过10s。

使用曲线段对温度值进行加权平均，得到温度平均值，使用温度平均值对瓦斯浓度进行计算。温度的权重值的计算方法为：

W=k/c*[(T_max-T)-(T-T_min)]²

其中，W为权重值，k为比例系数，c为采样点曲率，T为采样点温度，T_max为曲线段最大温度值，T_min为曲线段最小温度值。

本发明可以有效提高燃烧法检测瓦斯浓度的精度。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。